JP5067222B2 - ガス濃度検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガス濃度検出装置に係り、特に、エンジンから排出される排気ガス中の特定ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置の劣化判定に関する。

従来、例えば、特開２００３−１６６９６７号公報に開示されているように、ポンプセルの素子抵抗が目標素子抵抗に一致するようにヒータ通電制御を行う装置が提案されている。この装置によれば、ヒータの通電制御の際に、センサセルの素子抵抗が所定範囲外となった場合に、センサが劣化していると判定される仕組みになっている。

特開２００３−１６６９６７号公報 特開平１１−２３７３６３号公報 特開２００３−２７０１９４号公報

しかしながら、素子抵抗（インピーダンス）、ヒータへの供給電力、およびヒータ抵抗等は、それぞれセンサ個体差を有している。このため、これらの値を利用してセンサの劣化判定を行うこととすると、センサ個体差の影響により劣化判定の精度が低下するおそれがある。

また、センサを活性化させるためのヒータ通電制御においては、センサ個体差を考慮して素子温度を過度に上昇させて保持する必要がある。このため、センサの劣化判定を早期に行うことができない場合が想定される。また、素子温度を過度に上昇させることとすると、インピーダンスが変化するため、劣化判定の精度を低下させてしまうおそれがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガス濃度出装置の劣化判定を、早期に且つ高精度に実行することのできるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガス濃度検出装置であって、
被測定ガス中の余剰酸素を除去する余剰酸素除去手段と、前記余剰酸素除去手段により余剰酸素が除去された後の被測定ガスから、特定ガス成分のガス濃度を検知するガス濃度検知セルと、を有するガスセンサと、
前記ガス濃度検知セルのセル出力の変化量を算出する変化量算出手段と、
前記ガスセンサの暖機中、且つ、前記余剰酸素除去手段の実行中に、前記変化量が基準値を下回る時期（以下、第１の時期）を特定する特定手段と、
前記第１の時期までの前記セル出力に基づいて、前記ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記劣化判定手段は、
前記セル出力の上昇過程における、前記セル出力の上昇速度の相関値（以下、上昇速度相関値）を取得する上昇速度相関値取得手段を含み、前記上昇速度相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記ガス濃度検知セルの劣化を判定することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記上昇速度相関値取得手段は、前記セル出力の上昇速度を取得する上昇速度取得手段を含み、
前記劣化判定手段は、前記上昇速度が所定の基準値よりも小さい場合に、前記ガス濃度検知セルの劣化を判定することを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記余剰酸素除去手段は、酸素ポンプセルを含み、前記酸素ポンプセルへの電圧の印加に伴って、被測定ガス中の余剰酸素を排出し、
前記劣化判定手段は、
前記セル出力の下降過程における、前記セル出力の下降速度の相関値（以下、下降速度相関値）を取得する下降速度相関値取得手段を含み、前記下降速度相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、
前記下降速度相関値取得手段は、前記セル出力の下降速度を取得する下降速度取得手段を含み、
前記劣化判定手段は、前記上昇速度が所定の基準値よりも小さい場合に、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする。

第６の発明は、第４の発明において、
前記下降速度相関値取得手段は、前記ガスセンサの暖機を開始してから前記第１の時期までの前記セル出力の積算値を取得する積算値取得手段を含み、
前記劣化判定手段は、前記積算値が所定の基準値よりも大きい場合に、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記第１の時期における前記セル出力（以下、第１のセル出力）を取得するセル出力取得手段と、
前記第１のセル出力に関する学習値を記憶する記憶手段と、を更に備え、
前記劣化判定手段は、前記第１のセル出力と前記学習値との比較結果に基づいて、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、
前記劣化判定手段は、前記セル出力が前記学習値よりも小さく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。

第９の発明は、第７の発明において、
前記劣化判定手段は、前記セル出力が前記学習値よりも大きく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする。

第１０の発明は、第９の発明において、
前記劣化判定手段は、前記セル出力と前記学習値との比較結果に基づいて、前記ガスセンサの回復可能な一時的劣化を判定する一時的劣化判定手段を含むことを特徴とする。

第１１の発明は、第１０の発明において、
前記一時的劣化判定手段は、前記学習値と前記セル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも小さい場合に、前記ガスセンサの一時的劣化を判定することを特徴とする。

第１２の発明は、第１０または１１の発明において、
前記ガスセンサの一時的劣化が判定された場合に、前記ガスセンサの劣化回復処理を実行する劣化回復処理実行手段を更に備えることを特徴とする。

第１３の発明は、第７乃至第１２の何れか１つの発明において、
前記記憶手段は、前記セル出力が前記学習値よりも小さく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差が所定の基準値よりも小さい場合に、当該セル出力を更新された学習値として記憶することを特徴とする。

ガス濃度検知セルのセル出力の変化量が基準値を下回る時期（第１の時期）は、余剰酸素除去手段により、被測定ガス中に残存する余剰酸素がガス濃度検知セルのセル出力に影響を与えない程度まで除去された時期を示している。つまり、第１の時期が特定された時点で当該ガスセンサの活性を判定することができる。第１の発明によれば、セル出力の変化量が基準値を下回る時期（第１の時期）までのセル出力に基づいて、ガスセンサの劣化が判定される。このため、本発明によれば、当該ガスセンサの活性前に劣化判定を行うことができるので、劣化したガスセンサのセンサ出力が種々の制御に使用される事態を効果的に抑制することができる。

ガスセンサの暖機が進行しガス濃度検知セルの温度が上昇すると、被測定ガス中の残留酸素が当該ガス濃度検知セルで分解されて、セル出力が得られる。このセル出力は、当該ガス濃度検知セルの活性度が上がるにつれて上昇する。ここで、ガス濃度検知セルが劣化すると、当該ガス濃度検知セルにおける酸素分解能が低下するため、セル出力の上昇速度が小さくなる。第２の発明によれば、セル出力の上昇過程において、出力上昇速度の相関値と所定の基準値とを比較することでガス濃度検知セルの劣化が判定される。このため、本発明によれば、第１の時期の前に、すなわち、ガスセンサの活性前に、精度よくガス濃度検知セルの劣化を判定することができる。

第３の発明によれば、セル出力の上昇過程において、ガス濃度検知セルのセル出力の上昇速度が取得される。そして、当該上昇速度が所定の基準値よりも小さい場合に、ガス濃度検知セルの劣化が判定される。セル出力の上昇速度が小さい場合には、当該ガス濃度検知セルにおける酸素分解能が低下していると判断できる。このため、本発明によれば、セル出力の上昇速度に基づいて、ガス濃度検知セルの劣化を早期に且つ精度よく判定することができる。

ガスセンサの暖機が進行し酸素ポンプセルの活性度が上がると、当該酸素ポンプセルによる余剰酸素の排出が徐々に活発に行われるようになる。このため、一端上昇したセル出力は、被測定ガス中の余剰酸素が減少するにつれて低下する。第４の発明によれば、このセル出力の下降速度の相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、酸素ポンプセルの劣化判定が行われる。つまり、酸素ポンプセルが劣化すると、酸素分解能、すなわち余剰酸素の排出能力が低下する。このため、ガス濃度検知セルでは、高濃度の酸素を常に検出してしまい、結果としてセル出力の下降速度が小さくなる。このため、本発明によれば、セル出力の下降速度の相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、第１の時期の前、すなわち、ガスセンサの活性前に、酸素ポンプセルの劣化を早期にかつ精度よく判定することができる。

酸素ポンプセルが劣化すると、酸素分解能、すなわち余剰酸素の排出能力が低下する。このため、ガス濃度検知セルでは、高濃度の酸素を常に検出してしまい、結果としてセル出力の下降速度が低下する。第５の発明によれば、ガスセンサの暖機が開始された後に、ガス濃度検知セルのセル出力の下降速度が取得される。そして、当該下降速度が所定の基準値よりも小さい場合に、酸素ポンプセルの劣化が判定される。このため、本発明によれば、セル出力の下降速度に基づいて、酸素ポンプセルの劣化を早期に且つ精度よく判定することができる。

酸素ポンプセルが劣化すると、酸素分解能、すなわち余剰酸素の排出能力が低下する。このため、ガス濃度検知セルでは、高濃度の酸素を常に検出してしまい、結果としてセル出力の積算値が大きくなってしまう。第６の発明によれば、ガスセンサの暖機が開始されてから第１の時期までのセル出力の積算値が取得される。そして、当該積算値が所定の基準値よりも大きい場合に、酸素ポンプセルの劣化が判定される。このため、本発明によれば、セル出力の積算値に基づいて、酸素ポンプセルの劣化を早期に且つ精度よく判定することができる。

ガス濃度検知セルのセル出力の変化量が基準値を下回る時期（第１の時期）は、余剰酸素除去手段により、被測定ガス中に残存する余剰酸素がガス濃度検知セルのセル出力に影響を与えない程度まで除去された時期を示している。つまり、第１の時期におけるセル出力（第１のセル出力）は、残存する余剰酸素によるセンサ出力の誤差が排除されている。また、第１のセル出力に関する学習値は、第１のセル出力のセンサ個体差等を学習した値になっている。第７の発明によれば、第１のセル出力と学習値との比較結果に基づいて、ガスセンサの劣化判定が行われる。このため、本発明によれば、残存する余剰酸素の影響が低減された状態で、センサ個体差の影響等を排除した劣化判定を行うことができる。

第８の発明によれば、第１のセル出力が学習値よりも小さく、且つ、当該学習値と第１のセル出力との偏差が所定の基準値よりも大きい場合に、ガスセンサの劣化が判定される。第１のセル出力が学習値よりも大幅に小さくなっている場合には、当該ガスセンサに劣化等の異常が発生していると判断することができる。このため、本発明によれば、ガスセンサの劣化を早期にかつ精度よく判定することができる。

第９の発明によれば、第１のセル出力が学習値よりも大きく、且つ、当該学習値と第１のセル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、ガスセンサの劣化が判定される。第１のセル出力が学習値よりも大幅に大きくなっている場合には、当該ガスセンサに劣化等の異常が発生していると判断することができる。このため、本発明によれば、ガスセンサの劣化を早期にかつ精度よく判定することができる。

ガスセンサの劣化は、電極の酸化状態により、回復不可能な恒久的劣化と回復可能な一時的劣化とに分類される。第１０の発明によれば、第１のセル出力と学習値との比較結果に基づいて、ガスセンサの回復可能な一時的劣化が判定される。電極の酸化状態と第１のセル出力との間には相関関係が存在する。このため、本発明によれば、第１のセル出力と学習値とを比較することにより、電極の酸化の状態を判断することができるので、ガスセンサの回復可能な一時的劣化を精度よく判定することができる。

ガスセンサのセル電極が多量に酸化しているほど、当該電極において還元反応が起こり、セル出力は増大する。第１１の発明によれば、当該学習値と第１のセル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも小さい場合に、ガスセンサの一時的劣化が判定される。劣化判定されたガスセンサの中で、セル出力が大幅に増大していないガスセンサは、電極の酸化状態が低く、回復可能と判断できる。このため、本発明によれば、第１のセル出力が学習値の近傍の値となっているガスセンサを一時的劣化として判定することができる。

第１２の発明によれば、ガスセンサの一時的劣化が判定された場合に、当該ガスセンサの劣化回復処理が実行される。このため、本発明によれば、ガスセンサの劣化を恒久的な劣化と回復可能な劣化とを区別して判定し、一時的劣化の場合にのみ回復処理を行うので、無駄な回復処理が行われる事態を効果的に回避するとともに、ガスセンサの性能を効果的に回復させることができる。

第１３の発明によれば、前記セル出力が前記学習値よりも小さく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差が所定の基準値よりも小さい場合に、当該セル出力が新たに更新された学習値として記憶される。このため、本発明によれば、ガスセンサの個体差等による出力ズレを学習値として効果的に取り込むことができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
先ず、図１を参照して、本実施の形態１に係るガス濃度検出装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態１に係るガス濃度検出装置１０の構成を説明するための図である。図１に示すガス濃度検出装置１０は、例えば、内燃機関（エンジン）から排出された排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘ濃度検出装置である。

ガス濃度検出装置１０は、ＮＯｘセンサ１を有している。ＮＯｘセンサ１は、酸素ポンプセル２の下方に、スペーサ３、ＮＯｘセンサセル４、スペーサ５、ヒータ６を順次積層することにより形成されている。

酸素ポンプセル２は、被測定ガス中の余剰酸素を除去する機能を有し、固体電解質体２１と、該固体電解質体２１を挟むように配置された第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３を有している。素子である固体電解質体２１は、酸素イオン導電性を有しており、例えば、シート状に成形されたＺｒＯ_２，ＨｆＯ_２，ＴｈＯ_２，ＢｉＯ_３等が使用される。この固体電解質体２１を挟むように配置された第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。

固体電解質体２１の表面に形成された第１ポンプ電極２２は、被測定ガスである排ガスが存在する空間、すなわち、エンジンの排気通路内に露出している。第１ポンプ電極２２としては、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。

一方、第１ポンプ電極２２と対向するように固体電解質体２１の背面に形成された第２ポンプ電極２３は、後述する第１内部空間３１に露出している。第２ポンプ電極２３としては、ＮＯｘを含むガスに対して不活性な電極、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。

酸素ポンプセル２には、固体電解質体２１、第１ポンプ電極２２、および第２ポンプ電極２３を貫通する導入孔としてのピンホール２４が形成されている。ピンホール２４の孔径は、ピンホール２４を介して、後述する第１内部空間３１に導入される排ガスの拡散速度が所定速度となるように設計されている。第１内部空間３１は、ピンホール２４と後述する多孔質保護層７とを介して、被測定ガスが存在する空間に連通している。

また、固体電解質体２１の第１ポンプ電極２２側には、ピンホール２４を含む第１ポンプ電極２２の表面とその周辺を覆うように、多孔質保護層７が形成されている。多孔質保護層７は、例えば、多孔質アルミナ等により形成することができる。この多孔質保護層７により、第１ポンプ電極２２の被毒を防止することができるとともに、排ガスに含まれるスス等によるピンホール２４の目詰まりを防止することができる。

スペーサ３には、上述した第１内部空間３１と、第２内部空間３２とが形成されている。スペーサ３は、例えば、アルミナ等により形成することができる。２つの内部空間３１，３２は連通孔３３を介して連通している。これらの第１内部空間３１、第２内部空間３２、および連通孔３３は、スペーサ３に抜き穴を設けることにより形成することができる。

ＮＯｘセンサセル４は、ＮＯｘの還元分解により生じる酸素量からＮＯｘ濃度を検出するものである。ＮＯｘセンサセル４は、固体電解質体４１と、該固体電解質体４１を挟むように配置された第１検出電極４２および第２検出電極４３を有している。第１検出電極４２および第２検出電極４３は、例えば、スクリーン印刷等の方法により形成することができる。

固体電解質体４１の表面に形成された第１検出電極４２は、第２内部空間３２に露出している。この第１検出電極４２としては、例えば、Ｐｔ−Ａｕ合金とジルコニアやアルミナ等のセラミックスとを含む多孔質サーメット電極を用いることができる。

一方、第１検出電極４２と対向するように、固体電解質体４１の背面に形成された第２検出電極４３は、スペーサ５に形成された大気ダクト５１に露出している。大気ダクト５１には、大気が導入される。この第２検出電極４３としては、例えば、Ｐｔ等の貴金属を含む多孔質サーメット電極を用いることができる。大気ダクト５１は、スペーサ５に切り欠きを設けることにより形成することができる。

ヒータ６は、シート状の絶縁層６２，６３と、これらの絶縁層６２，６３の間に埋設されたヒータ電極６１とを有している。絶縁層６２，６３は、例えば、アルミナ等のセラミックスにより形成される。ヒータ電極６１は、例えば、Ｐｔとアルミナ等のセラミックスとのサーメットにより形成される。

本実施の形態１におけるガス濃度検出装置１０は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit)８を備えている。ＥＣＵ８は、ポンプセル制御手段８１と、センサセル制御手段８２と、ヒータ制御手段８３と、を有している。尚、ＥＣＵ８は、エンジン制御用ＥＣＵと別個に構成されていてもよく、また、エンジン制御ＥＣＵの一部として構成されていてもよい。

ポンプセル制御手段８１は、酸素ポンプセル２における第１ポンプ電極２２および第２ポンプ電極２３に接続されている。ポンプセル制御手段８１は、第１ポンプ電極２２と第２ポンプ電極２３との間に電圧を印加するとともに、酸素ポンプセル２に流れる電流値を「酸素ポンプセル出力」として検出する。

センサセル制御手段８２は、ＮＯｘセンサセル４における第１検出電極４２および第２検出電極４３に接続されている。センサセル制御手段８２は、第１検出電極４２と第２検出電極４３との間に電圧を印加するとともに、ＮＯｘセンサセル４に流れる電流値を「ＮＯｘセンサセル出力」として検出する。

ヒータ制御手段８３は、ヒータ電極６１に接続されている。ヒータ制御手段８３は、ヒータ電極６１に電力を供給するものである。

［実施の形態１の動作］
（ＮＯｘ濃度の検出原理）
次に、図１を参照して、ガス濃度検出装置１０によるＮＯｘ濃度の検出原理について説明する。多孔質保護層７の周囲の空間には、エンジンの排気通路を流れる被測定ガスとしての排ガスが存在している。この排ガス中には、Ｏ_２、ＮＯｘ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等が含まれている。排ガスは、多孔質保護層７とピンホール２４とを介して、第１内部空間３１に導入される。この第１内部空間３１に導入される排ガス量は、多孔質保護層７およびピンホール２４の拡散抵抗により決定される。

ＮＯｘ濃度の検出に先立って、先ず、ヒータ制御手段８３からヒータ電極６１に電力が供給されて、固体電解質体２１，４１が活性温度に加熱される。次に、酸素ポンプセル２における活性が発現し、ポンプセル制御手段８１から第１ポンプ電極２２と第２ポンプ電極２３との間に電圧が印加されると、第１内部空間３１に露出する第２ポンプ電極２３上で、残存酸素と排ガス中の酸素が酸素イオンＯ^２−に還元される。この酸素イオンＯ^２−は、ポンピング作用により、固体電解質体２１を透過して第１ポンプ電極２２側に排出される。このとき、酸素ポンプセル２を流れる電流値が、酸素ポンプセル出力としてポンプセル制御手段８１により検出される。酸素ポンプセル２により余剰酸素が排出されることで、排ガス中の酸素濃度がＮＯｘセンサセル４によるＮＯｘ濃度検出に影響しない程度にまで低くされる。尚、第１ポンプ電極２２と第２ポンプ電極２３との間の印加電圧をできる限り大きくすることで、酸素イオンＯ^２−のポンピング作用をより活発にして酸素排出量を増大させることができる。

余剰酸素が除去され低酸素濃度にされた排ガスは、連通孔３３を介して第２内部空間３２へ導入される。ＮＯｘセンサセル４における活性が発現し、センサセル制御手段８２により第１検出電極４２と第２検出電極４３との間に電圧が印加されると、排ガス中の特定成分であるＮＯｘが第１検出電極４２上で分解されて、酸素イオンＯ^２−が発生する。より具体的には、ＮＯｘは、一端ＮＯに分解（単ガス化）された後、更に酸素イオンＯ^２−に分解される。酸素イオンＯ^２−は、固体電解質体４１を透過して、第２検出電極４３から大気ダクト５１へ排出される。このとき、ＮＯｘセンサセル４を流れる電流が、ＮＯｘセンサセル出力、すなわち、被測定ガスのＮＯｘ濃度出力として、センサセル制御手段８２により検出される。

（ＮＯｘセンサの活性判定動作）
次に、図２および図３を参照して、ＮＯｘセンサ１の活性判定動作について説明する。上述したＮＯｘ濃度検出を精度よく行うためには、ＮＯｘセンサ１が活性状態に達していることが必要となる。尚、本発明の「活性状態」とは、残存酸素の影響がないＮＯｘセンサ出力を検出し始めた時点、すなわち、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル出力を各種制御に用いることができるようになった状態を示している（以下同様）。
したがって、早期にＮＯｘセンサ１の活性判定を行うことができれば、ＮＯｘセンサセル出力を逸早く各種制御に使用し、エミッションを低減することができる。

ここで、上記ＮＯｘセンサ１のように、固体電解質体からなる素子を用いたＮＯｘセンサでは、正常な特性を得るために、ヒータへの通電を行うことにより、素子温度を所定の活性温度まで加熱する必要がある。ガス濃度センサの活性判定としては、素子インピーダンス、ヒータへの供給電力、或いはヒータ抵抗等に基づいて行うことが知られている。しかしながら、素子インピーダンスやヒータ供給電力等は、センサの個体間でのバラツキがある。このため、これらのパラメータに基づいて、センサの活性状態を迅速且つ高精度に把握することは困難となる。

そこで、本実施の形態１では、以下に説明する方法により、ＮＯｘセンサ１の活性判定を早期かつ高精度に行うこととする。図２は、ＮＯｘセンサの暖機時における酸素ポンプセルの出力およびＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。尚、図２に示す鎖線Ｌｐは、酸素ポンプセル出力の変化を、実線Ｌｓは、ＮＯｘセンサセル出力の変化を、それぞれ示している。

図２に示すとおり、時刻ｔ０において、エンジン始動に伴いＮＯｘセンサ１の暖機が開始される。より具体的には、ヒータ制御手段８３からヒータ電極６１への通電が開始される。この通電動作により、酸素ポンプセル２およびＮＯｘセンサセル４の温度、すなわち、固体電解質体２１，４１の温度が徐々に上昇する。この時刻ｔ０においては、酸素ポンプセル２の近傍の第１内部空間３１、およびＮＯｘセンサセル４の近傍の第２内部空間３２には、大気中の酸素が残存している。

その後、時刻ｔ１において、ＮＯｘセンサセル４における固体電解質体４１の温度が所定温度に達すると、ＮＯｘセンサセル出力が得られる。この時刻ｔ１以降、ＮＯｘセンサセル４（固体電解質体４１）の活性度が上がるにつれて、ＮＯｘセンサセル出力は上昇する。これは、ＮＯｘセンサセル４の近傍の第２内部空間３２に導入されたＮＯｘが第１検出電極４２上で分解されるためではなく、第２内部空間３２に残存する酸素が第１検出電極上で分解されるためである。その後、時刻ｔ３において、ＮＯｘセンサセル出力は上限値、すなわち、ＮＯｘセンサセル４により検出可能な酸素濃度の上限値に達する。

一方、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において、酸素ポンプセル２の固体電解質体２１の温度が所定温度に達すると、酸素ポンプセル出力が得られる。この時刻ｔ２以降、酸素ポンプセル２（固体電解質体２１）の活性度が上がるにつれて、酸素ポンプセル２の近傍の第１内部空間３１に残存する酸素の排出量が増加する。このため、酸素ポンプセル出力は、時間とともに上昇する。

酸素ポンプセル２の活性が上がるにつれて、第１内部空間３１からの酸素の排出量が多量となる。更に、第１内部空間３１に導入される排ガス量が多量となる。これにより、第１内部空間３１における残存酸素濃度が低くなり、第１内部空間３１から第２内部空間３２へ供給される酸素量が少量となる。このため、酸素ポンプセル２の活性度が上がるにつれて、第２内部空間３２における残存酸素濃度が徐々に低くなる。その結果、時刻ｔ４以降、ＮＯｘセンサセル出力が低下する。

その後、第２内部空間３２における残存酸素がほぼ除去される時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ出力に変曲点、すなわち、ＮＯｘセンサセル出力のカーブが大きく変わる点が現れる。より具体的には、変曲点が現れる前のＮＯｘセンサセル出力は、第２内部空間３２に残存する酸素を使用した酸素イオンのポンピング作用が主となっている。このため、かかる期間のＮＯｘセンサセル出力の曲線は、第２内部空間３２の酸素濃度、すなわち、酸素ポンプセル２の活性度の影響が支配的となっている。

一方、変曲点が現れた後のＮＯｘセンサセル出力は、残存酸素の減少により、第２内部空間３２のＮＯｘを使用した酸素イオンのポンピングが主となっている。このため、かかる期間のＮＯｘセンサセル出力の曲線は、第２内部空間３２のＮＯｘ濃度、すなわち、ＮＯｘセンサセル４の活性度の影響が支配的となっている。このため、変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ１の暖機前に第１内部空間３１および第２内部空間３２に残存していた酸素がほぼ除去されたことを把握することができる。したがって、変曲点が現れた時刻ｔ５以降は、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル４によりＮＯｘ濃度を精度よく検出することができる。

そこで、本実施の形態１では、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れる時刻ｔ５において、ＮＯｘセンサ１の活性判定を行うこととする。これにより、ＮＯｘセンサセル４が残存酸素の影響を受けることなくＮＯｘ濃度を検出し始める時刻において、ＮＯｘセンサ１の活性判定を行うことができるので、ＮＯｘセンサ１の早期活性化の要求を最大限に満たすことができる。

次に、図３を参照して、上述した変曲点を特定するための動作について説明する。図３は、ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定するための方法を説明するための図である。この図に示すとおり、先ず、所定時間毎にＮＯｘセンサセル出力Ｎを取得するとともに、各時刻においてＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮを算出する。ここで、時刻ｔにおける変化量ΔＮ（ｔ）は、次式（１）にしたがって算出することができる。そして、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの減少過程において、算出された変化量ΔＮ（ｔ）が所定の基準値ΔＮｔｈよりも小さくなったときに、その時刻ｔでのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を変曲点と特定する。
ΔＮ（ｔ）＝｜Ｎ（ｔ）−Ｎ（ｔ−１）｜ ・・・（１）

図３に示す例では、時刻ｔ１０から時刻ｔ１４までの間、ＮＯｘセンサセル出力Ｎは減少している。つまり、各時刻ｔ１１〜時刻ｔ１４において、上式（１）におけるＮ（ｔ）−Ｎ（ｔ−１）は全て負の値をとる。そして、変化量ΔＮ（ｔ１１）〜ΔＮ（ｔ１３）は、予め定められた基準値ΔＮｔｈ以上であるが、変化量ΔＮ（ｔ１４）は、基準値ΔＮｔｈよりも小さい。このため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が、変曲点と特定される。したがって、ＮＯｘセンサセル出力に変曲点が現れた時刻ｔ１４にＮＯｘセンサ１の活性判定が行われる。

尚、変曲点の特定の方法は上述した方法に限られない。すなわち、例えば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが減少から増加に転じた時刻におけるＮＯｘセンサセル出力Ｎを変曲点として特定してもよい。これは、排ガス中のＮＯｘ濃度が増加した場合に、その増加をＮＯｘセンサセル４により検出できていることを意味するためである。また、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化量ΔＮが基準値ΔＮｔｈよりも大きい場合であっても、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが基準値Ｎｔｈよりも小さくなった場合に、当該ＮＯｘセンサセル出力Ｎを変曲点として特定してもよい。これは、ＮＯｘセンサ１の暖機完了よりも前に、残存する酸素が除去されたことを意味するからである。

[実施の形態１の特徴的動作]
次に、図４を参照して、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、変曲点が現れる時刻において、ＮＯｘセンサ１の暖機前に第１内部空間３１および第２内部空間３２に残存していた酸素がほぼ除去されたことを把握することができる。したがって、変曲点が現れた時刻以降は、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル４によりＮＯｘ濃度を検出することができる。

ここで、ＮＯｘセンサ１におけるＮＯｘセンサセル４が劣化すると、変曲点前のＮＯｘセンサセル出力Ｎが変化する。図４は、ＮＯｘセンサセル４が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。尚、図４に示す鎖線Ｌｐは、酸素ポンプセル出力の変化を、実線Ｌｓ１は、正常なＮＯｘセンサセル４における出力変化を、一点鎖線Ｌｓ２は、劣化したＮＯｘセンサセル４における出力変化を、それぞれ示している。

この図中にＬｓ１で示すとおり、時刻ｔ０において、エンジン始動に伴いＮＯｘセンサ１の暖機が開始されると、ＮＯｘセンサセル４における固体電解質体４１の温度が徐々に上昇する。そして、時刻ｔ１以降、ＮＯｘセンサセル４（固体電解質体４１）の活性度が上がるにつれて、ＮＯｘセンサセル出力が上昇する。これは、上述したとおり、第２内部空間３２に残存する余剰酸素が第１検出電極上で分解されるためである。

ここで、ＮＯｘセンサセル４が劣化したＮＯｘセンサ１においては、該ＮＯｘセンサセル４における酸素分解能力が低下している。このため、劣化したＮＯｘセンサ１は、図中にＬｓ２で示すとおり、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇速度が正常なＮＯｘセンサ１に比して小さくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、この出力傾向を利用してＮＯｘセンサ１の劣化判定を行うこととする。より具体的には、この図に示すとおり、先ず、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇過程において、所定時間Δｔ毎にＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する。次いで、各時刻におけるＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮ（ｔ）を上式（１）に従い演算する。そして、各時刻における変化量ΔＮ（ｔ）を次式（２）に代入することにより、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）を演算する。そして、演算された出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が所定の基準値Ｖｔｈ１よりも小さくなったときに、ＮＯｘセンサ１におけるＮＯｘセンサセル４の劣化を判定する。
Ｖｕ（ｔ）＝ΔＮ（ｔ）／Δｔ ・・・（２）

このように、本実施の形態１に係るガス濃度検出装置によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに現れる変曲点を特定する過程において、ＮＯｘセンサセル４の劣化判定が行われる。このため、ＮＯｘセンサ１が活性する前に当該ＮＯｘセンサ１の劣化有無を精度よく判定することができる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、図５および図６を参照して、本実施の形態１の具体的処理について説明する。図５は、本実施の形態１において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の活性判定を実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動するものである。この所定間隔は、例えば、図３に示す時刻ｔ１０〜時刻ｔ１１の間隔、時刻ｔ１１〜時刻ｔ１２の間隔等に対応している。

図５に示すルーチンでは、先ず、ＮＯｘセンサ１が暖機中であるか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、ＮＯｘセンサ１の暖機が行われるエンジン始動時、若しくは長時間の燃料カットからの復帰時であるか否かが判断される。その結果、ＮＯｘセンサ１が暖機中でないと判定された場合には、図２に示すようなＮＯｘセンサセル出力を得ることができないと判断され、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１００において、ＮＯｘセンサ１が暖機中であると判定された場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が取得される（ステップ１０２）。次いで、変化量ΔＮ（ｔ）が算出される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）およびＮ（ｔ−１）を上式（１）に代入することにより変化量ΔＮ（ｔ）が演算される。

次に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）がＮ（ｔ−１）より小さいか否かが判定される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）とＮ（ｔ−１）とが比較される。その結果、Ｎ（ｔ）＜Ｎ（ｔ−１）の成立が認められた場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が減少している出力下降過程であると判断されて、次のステップに移行し、変化量ΔＮ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かが判定される（ステップ１０８）。その結果、変化量ΔＮ（ｔ）＜基準値ΔＮｔｈの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が変曲点として特定される（ステップ１１０）。図３に示す例では、変化量ΔＮ（ｔ１４）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいため、時刻ｔ１４でのＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ１４）が変曲点として特定される。そして、この変曲点が現れた時期が、ＮＯｘセンサセル４の活性時期であると判定されて（ステップ１１２）、本ルーチンは終了される。

一方、上記ステップ１０６において、Ｎ（ｔ）＜Ｎ（ｔ−１）の成立が認められない場合には、本ルーチンにおいて、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が上昇していると判断されて、次のステップに移行し、前回のルーチンにおけるＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）がＮ（ｔ−２）より小さいか否かが判定される（ステップ１１４）。ここでは、具体的には、前回のルーチンにおけるＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−１）と前々回のルーチンにおけるＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−２）とが比較される。その結果、Ｎ（ｔ−１）＜Ｎ（ｔ−２）の成立が認められない場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが上限値に向かって立ち上がっている状態であるため、未だ変曲点が現れていないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１１４において、Ｎ（ｔ−１）＜Ｎ（ｔ−２）の成立が認められた場合には、前々回のルーチンにおけるＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ−２）が、前回のルーチンにおける変化量ΔＮ（ｔ−１）よりも大きいと判断される。この場合、排ガス中のＮＯｘ濃度の増加が今回検出されたと判断されて、上記ステップ１１０に移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が変曲点として特定される。

また、上記ステップ１０８において、変化量ΔＮ（ｔ）＜基準値ΔＮｔｈの成立が認められない場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が基準値ΔＮｔｈよりも小さいか否かが判定される（ステップ１１６）。その結果、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）＜基準値ΔＮｔｈの成立が認められない場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに未だ変曲点が現れていないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１１６において、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）＜基準値ΔＮｔｈの成立が認められた場合には、上記ステップ１１０に移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が変曲点として特定される。

図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の劣化判定、より具体的には、ＮＯｘセンサセル４の劣化判定を実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。図６に示すルーチンでは、先ず、ＮＯｘセンサ１の活性判定が実行される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、本ルーチンと並行して実行している図５に示すルーチンにおいて活性判定がなされたか否か、すなわち、上記ステップ１１２においてＮＯｘセンサ１の活性判定が行われたか否かが判定される。その結果、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われたと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２００において、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われていないと判定された場合には、ＮＯｘセンサ１が未だ活性していないと判断されて、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が取得される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、図５に示すルーチンのステップ１０２と同様の処理が実行される。

次に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが上昇中か否かが判定される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０２において取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）と、前回のルーチンにおけるステップ２０２において取得されたＮ（ｔ−１）との大小関係が比較される。その結果、Ｎ（ｔ）＞Ｎ（ｔ−１）の成立が認められない場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが減少していると判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２０４において、Ｎ（ｔ）＞Ｎ（ｔ−１）の成立が認められた場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが上昇していると判断されて、次のステップに移行し、変化量ΔＮ（ｔ）が取得される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、図５に示すルーチンのステップ１０４と同様の処理が実行される。

次に、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が演算される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６において演算された変化量ΔＮ（ｔ）を上式（２）に代入することにより、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が演算される。

次に、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が所定の基準値Ｖｔｈ１よりも小さいか否かが判定される（ステップ２１０）。ここで、基準値Ｖｔｈ１は、ＮＯｘセンサセル４の劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、Ｖｕ（ｔ）＜Ｖｔｈ１の性質が認められない場合には、ＮＯｘセンサセル４は劣化していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２１０において、Ｖｕ（ｔ）＜Ｖｔｈ１の成立が認められた場合には、ＮＯｘセンサセル４は劣化していると判断されて、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル４の劣化が判定される（ステップ２１２）。ここでは、具体的には、ガス濃度検出装置におけるＭＩＬが点灯されて、劣化異常が発見されたことを知らせる処理が行われる。

以上説明したとおり、本実施の形態１によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変曲点を特定する過程において、ＮＯｘセンサセル４の劣化が判定される。このため、ＮＯｘセンサ１の活性が発現する前に劣化判定を行うことができるので、劣化したＮＯｘセンサの出力が各種制御に使用される事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）と所定の基準値Ｖｔｈ１との比較結果に基づいて、ＮＯｘセンサセル４の劣化を判定することとしているが、ＮＯｘセンサセル４の劣化判定に用いられる値は出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）に限られない。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇速度と相関を有する値であれば、例えば、出力変化量を使用することとしてもよいし、或いは、ヒータ６への通電を開始してから所定時間経過後の出力や所定の出力に到達するまでの時間などの値を使用することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）と所定の基準値Ｖｔｈ１との比較結果に基づいて、ＮＯｘセンサセル４の劣化を判定することとしているが、ＮＯｘセンサセル４の劣化判定の精度を更に向上させるために、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）に補正を加えてもよい。すなわち、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）は、第１内部空間３１および第２内部空間３２内に残存する酸素濃度の影響を受ける。より具体的には、ＮＯｘセンサ１のソーク時間が長いほど、すなわち、上記空間内の酸素濃度が高いほど、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）は大きな値となる。このため、残存酸素の濃度差による影響を補正することで、より高精度な劣化判定を行うことができる。尚、上記補正は、残存酸素の酸素濃度に応じて、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）を補正することとしてもよいし、また、基準値Ｖｔｈ１を補正することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘセンサ１が前記第１の発明における「ガスセンサ」に、酸素ポンプセル２が前記第１の発明における「余剰酸素除去手段」に、ＮＯｘセンサセル４が前記第１の発明における「ガス濃度検知セル」に、ＮＯｘセンサセル出力が前記第１の発明における「セル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「変化量算出手段」が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「特定手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が、前記第２の発明における「上昇速度相関値」に相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第２の発明における「上昇速度相関値取得手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、出力上昇速度Ｖｕ（ｔ）が、前記第３の発明における「上昇速度」に相当している。また、ＥＣＵ８が上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「上昇速度取得手段」が実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ８に後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述したとおり、変曲点が現れる時刻において、ＮＯｘセンサ１の暖機前に第１内部空間３１および第２内部空間３２に残存していた酸素がほぼ除去されたことを把握することができる。したがって、変曲点が現れた時刻以降は、残存酸素の影響を受けることなく、ＮＯｘセンサセル４によりＮＯｘ濃度を検出することができる。

ここで、ＮＯｘセンサ１における酸素ポンプセル２が劣化すると、変曲点前のＮＯｘセンサセル出力Ｎが変化する。図７は、酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。尚、図７に示す鎖線Ｌｐは、酸素ポンプセル出力の変化を、実線Ｌｓ１は、酸素ポンプセル２が正常な場合のＮＯｘセンサセル４の出力変化を、一点鎖線Ｌｓ２は、酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル４の出力変化を、それぞれ示している。

この図中にＬｓ１で示すとおり、時刻ｔ０において、エンジン始動に伴いＮＯｘセンサ１の暖機が開始されると、ＮＯｘセンサセル４における固体電解質体４１の温度が徐々に上昇する。そして、時刻ｔ１以降、ＮＯｘセンサセル４（固体電解質体４１）の活性度が上がるにつれて、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが上昇する。これは、上述したとおり、第２内部空間３２に残存する余剰酸素が第１検出電極４２上で分解されるためである。

その後、酸素ポンプセル２の活性度が上昇すると、第１内部空間３１および第２内部空間３２に残存していた余剰酸素は、当該酸素ポンプセル２における第２ポンプ電極２３上で分解され始める。このため、第１内部空間３１および第２内部空間３２に残存していた余剰酸素が減少し、その結果、ＮＯｘセンサセル出力Ｎは減少し始める。

ここで、酸素ポンプセル２が劣化すると、該酸素ポンプセル２による酸素分解能力が低下する。このため、酸素ポンプセル２が劣化したＮＯｘセンサ１は、図中にＬｓ２で示すとおり、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降速度が正常なＮＯｘセンサ１に比して小さくなってしまう。

そこで、本実施の形態では、この出力傾向を利用してＮＯｘセンサ１の劣化判定を行うこととする。より具体的には、この図に示すとおり、先ず、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降過程において、所定時間Δｔ毎にＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）を取得する。次いで、各時刻におけるＮＯｘセンサセル出力の変化量ΔＮ（ｔ）を上式（１）に従い演算する。そして、各時刻における変化量ΔＮ（ｔ）を次式（３）に代入することにより、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの出力下降速度Ｖｄ（ｔ）を演算する。そして、演算された出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が所定の基準値Ｖｔｈ２よりも小さくなったときに、ＮＯｘセンサ１における酸素ポンプセル２の劣化を判定する。
Ｖｄ（ｔ）＝ΔＮ（ｔ）／Δｔ ・・・（３）

このように、本実施の形態１に係るガス濃度検出装置によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに現れる変曲点を特定する過程において、酸素ポンプセル２の劣化判定が行われる。このため、ＮＯｘセンサ１が活性する前に当該ＮＯｘセンサ１の劣化有無を精度よく判定することができる。

［実施の形態２の具体的処理］
次に、図８を参照して、本実施の形態２の具体的処理について説明する。図８は、本実施の形態２において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の劣化判定、より具体的には、酸素ポンプセル２の劣化判定を実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。図８に示すルーチンでは、先ず、ＮＯｘセンサ１の活性判定が実行される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、上記ステップ２００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われたと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ３００において、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われていないと判定された場合には、ＮＯｘセンサ１が未だ活性していないと判断されて、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が取得される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０２と同様の処理が実行される。

次に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが下降中か否かが判定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０４と同様の処理が実行される。その結果、Ｎ（ｔ）＞Ｎ（ｔ−１）の成立が認められた場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが上昇していると判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ３０４において、Ｎ（ｔ）＞Ｎ（ｔ−１）の成立が認められない場合には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎが下降していると判断されて、次のステップに移行し、変化量ΔＮ（ｔ）が取得される（ステップ３０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６と同様の処理が実行される。

次に、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が演算される（ステップ３０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ３０６において演算された変化量ΔＮ（ｔ）を上式（３）に代入することにより、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が演算される。

次に、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が所定の基準値Ｖｔｈ２よりも小さいか否かが判定される（ステップ３１０）。ここで、基準値Ｖｔｈ２は、酸素ポンプセル２の劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、Ｖｄ（ｔ）＜Ｖｔｈ２の成立が認められない場合には、酸素ポンプセル２は劣化していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ３１０において、Ｖｕ（ｔ）＜Ｖｔｈ２の成立が認められた場合には、酸素ポンプセル２が劣化していると判断されて、次のステップに移行し、酸素ポンプセル２の劣化が判定される（ステップ３１２）。ここでは、具体的には、ガス濃度検出装置におけるＭＩＬが点灯されて、劣化異常が発見されたことを知らせる処理が行われる。

以上説明したとおり、本実施の形態２によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変曲点を特定する過程において、酸素ポンプセル２の劣化が判定される。このため、ＮＯｘセンサ１の活性が発現する前に劣化判定を行うことができるので、劣化したＮＯｘセンサの出力が各種制御に使用される事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）と所定の基準値Ｖｔｈ２との比較結果に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしているが、酸素ポンプセル２の劣化判定に用いられる値は出力下降速度Ｖｄ（ｔ）に限られない。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降速度と相関を有する値であれば、例えば、出力変化量を使用することとしてもよいし、或いは、ヒータ６への通電を開始してから所定時間経過後の出力や所定の出力に到達するまでの時間などの値を使用することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）と所定の基準値Ｖｔｈ２との比較結果に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしているが、酸素ポンプセル２の劣化判定の精度を更に向上させるために、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）に補正を加えてもよい。すなわち、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）は、第１内部空間３１および第２内部空間３２内に残存する酸素濃度の影響を受ける。より具体的には、ＮＯｘセンサ１のソーク時間が長いほど、すなわち、上記空間内の酸素濃度が高いほど、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）は小さな値となる。このため、残存酸素の濃度差による影響を補正することで、より高精度な劣化判定を行うことができる。尚、上記補正は、残存酸素の酸素濃度に応じて、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）を補正することとしてもよいし、また、基準値Ｖｔｈ２を補正することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）と所定の基準値Ｖｔｈ２との比較結果に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしているが、これと併せて、上述した実施の形態１におけるＮＯｘセンサセル４の劣化判定を実行することとしてもよい。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前において、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇過程においてＮＯｘセンサセル４の劣化を判定し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降過程において酸素ポンプセル２の劣化を判定することにより、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前、すなわち、ＮＯｘセンサ１の活性が判定される前にＮＯｘセンサ１の劣化を精度よく判定することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＮＯｘセンサ１が前記第１の発明における「ガスセンサ」に、酸素ポンプセル２が前記第１の発明における「余剰酸素除去手段」に、ＮＯｘセンサセル４が前記第１の発明における「ガス濃度検知セル」に、ＮＯｘセンサセル出力が前記第１の発明における「セル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ３１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が、前記第４の発明における「下降速度相関値」に相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ３０８の処理を実行することにより、前記第４の発明における「下降速度相関値取得手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が、前記第５の発明における「下降速度」に相当している。また、ＥＣＵ８が上記ステップ３０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「下降速度取得手段」が実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ８に後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態２においては、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変曲点を特定する過程において、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）の出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が所定の基準値Ｖｔｈ２よりも小さい場合に、酸素ポンプセル２が劣化していると判定することとしている。

ここで、実施の形態２において上述したとおり、ＮＯｘセンサ１における酸素ポンプセル２が劣化すると、変曲点前のＮＯｘセンサセル出力Ｎが変化する。図９は、酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。尚、図７に示す鎖線Ｌｐは、酸素ポンプセル出力の変化を、実線Ｌｓ１は、酸素ポンプセル２が正常な場合のＮＯｘセンサセル４の出力変化を、一点鎖線Ｌｓ２は、酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル４の出力変化を、それぞれ示している。

この図中にＬｓ２で示すとおり、酸素ポンプセル２が劣化した場合には、出力下降速度Ｖｄ（ｔ）が正常な場合に比して低下する。このため、時刻ｔ０においてＮＯｘセンサ１の暖機が開始されてからＬｓ２に変曲点が出現する時刻ｔ２までの出力積算値Ｑ（ｔ２）は、正常なＮＯｘセンサ出力Ｌｓ１における出力積算値Ｑ（ｔ１）よりも大きくなっている。

そこで、本実施の形態では、この出力傾向を利用してＮＯｘセンサ１の劣化判定を行うこととする。より具体的には、ＮＯｘセンサ１の暖機を開始してから変曲点が出現する時刻ｔまでの出力積算値Ｑ（ｔ）を次式（４）に従い演算する。そして、演算された出力積算値Ｑ（ｔ）が所定の基準値Ｑｔｈよりも大きくなったときに、ＮＯｘセンサ１における酸素ポンプセル２の劣化を判定する。
Ｑ（ｔ）＝ΣＮ（ｔ） ・・・（４）

このように、本実施の形態１に係るガス濃度検出装置によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに現れる変曲点を特定する過程において、酸素ポンプセル２の劣化判定が行われる。このため、ＮＯｘセンサ１が活性する前に当該ＮＯｘセンサ１の劣化有無を精度よく判定することができる。

［実施の形態３の具体的処理］
次に、図１０を参照して、本実施の形態３の具体的処理について説明する。図８は、本実施の形態３において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の劣化判定、より具体的には、酸素ポンプセル２の劣化判定を実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。図１０に示すルーチンでは、先ず、ＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が取得される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、上記ステップ３０２と同様の処理が実行される。

次に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの出力積算値Ｑ（ｔ）が演算される（ステップ４０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ４００において取得されたＮＯｘセンサセル出力Ｎ（ｔ）が上式（４）に代入されることにより、時刻ｔまでの出力積算値が演算される。

次に、ＮＯｘセンサ１の活性判定が実行される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ３００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われていないと判定された場合には、ＮＯｘセンサ１が未だ活性していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ４０４において、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われたと判定された場合には、上記ステップ４０２において演算された出力積算値Ｑ（ｔ）が、変曲点が出現するまでの出力積算値であると判断されて、次のステップに移行し、出力積算値Ｑ（ｔ）が基準値Ｑｔｈより大きいか否かが判定される(ステップ４０６)。ここで、基準値Ｑｔｈは、酸素ポンプセル２の劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、Ｑ（ｔ）＞Ｑｔｈの成立が認められない場合には、酸素ポンプセル２は劣化していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ４０６において、Ｑ（ｔ）＞Ｑｔｈの成立が認められた場合には、酸素ポンプセル２が劣化していると判断されて、次のステップに移行し、酸素ポンプセル２の劣化が判定される（ステップ４０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ３１２と同様に、ガス濃度検出装置におけるＭＩＬが点灯されて、劣化異常が発見されたことを知らせる処理が行われる。

以上説明したとおり、本実施の形態３によれば、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変曲点を特定する過程において、酸素ポンプセル２の劣化が判定される。このため、ＮＯｘセンサ１の活性が発現する前に劣化判定を行うことができるので、劣化したＮＯｘセンサの出力が各種制御に使用される事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、出力積算値Ｑ（ｔ）と所定の基準値Ｑｔｈとの比較結果に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしているが、酸素ポンプセル２の劣化判定の精度を更に向上させるために、出力積算値Ｑ（ｔ）に補正を加えてもよい。すなわち、出力積算値Ｑ（ｔ）は、第１内部空間３１および第２内部空間３２内に残存する酸素濃度の影響を受ける。より具体的には、ＮＯｘセンサ１のソーク時間が長いほど、すなわち、上記空間内の酸素濃度が高いほど、出力積算値Ｑ（ｔ）は大きな値となる。このため、残存酸素の濃度差による影響を補正することで、より高精度な劣化判定を行うことができる。尚、上記補正は、残存酸素の酸素濃度に応じて、出力積算値Ｑ（ｔ）を補正することとしてもよいし、また、基準値Ｑｔｈを補正することとしてもよい。

また、上述した実施の形態３においては、出力積算値Ｑ（ｔ）と所定の基準値Ｑｔｈとの比較結果に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしているが、これと併せて、上述した実施の形態１におけるＮＯｘセンサセル４の劣化判定を実行することとしてもよい。すなわち、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前のＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇過程においてＮＯｘセンサセル４の劣化を判定し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れるまでの出力積算値Ｑ（ｔ）に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することにより、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前、すなわち、ＮＯｘセンサ１の活性が判定される前にＮＯｘセンサ１の劣化を精度よく判定することができる。

尚、上述した実施の形態３においては、ＮＯｘセンサ１が前記第１の発明における「ガスセンサ」に、酸素ポンプセル２が前記第１の発明における「余剰酸素除去手段」に、ＮＯｘセンサセル４が前記第１の発明における「ガス濃度検知セル」に、ＮＯｘセンサセル出力が前記第１の発明における「セル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、出力積算値Ｑ（ｔ）が、前記第４の発明における「下降速度相関値」に相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ４０２の処理を実行することにより、前記第４の発明における「下降速度相関値取得手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、出力積算値Ｑ（ｔ）が、前記第６の発明における「積算値」に相当している。また、ＥＣＵ８が上記ステップ４０２の処理を実行することにより、前記第６の発明における「積算値取得手段」が実現されている。

実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ８に後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１乃至３においては、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの変曲点を特定する過程において、ＮＯｘセンサ１の劣化を判定することとしている。しかしながら、ＮＯｘセンサセル出力Ｎには、センサ個体差等による誤差が重畳している。このため、変曲点が現れるまでのＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇速度や下降速度等を所定の基準値と比較する構成では、センサ個体差による出力誤差を払拭できず、ＮＯｘセンサ１の劣化を精度よく判定できない場合も想定される。

そこで、本実施の形態４においては、変曲点に関する情報を学習し利用することで、センサ個体差等の影響を考慮したＮＯｘセンサ１の劣化判定を行うこととする。より具体的には、ＮＯｘセンサ１が劣化するとＮＯｘ分解能が低下する。このため、劣化したＮＯｘセンサ１のＮＯセンサセル出力Ｎは正常時に比して低下することとなる。そこで、ＮＯｘセンサ１の変曲点におけるＮＯｘセンサセル出力の前回値を学習値 (以下、「変曲点出力学習値」と称する)として記憶しておき、変曲点におけるＮＯｘセンサセル出力（以下、「変曲点出力」と称する）が当該変曲点学習値よりも大幅に減少している場合に、ＮＯｘセンサ１の劣化を判定することとする。これにより、ＮＯｘセンサ１の劣化を精度よく判定することができる。

また、正常なＮＯｘセンサ１においては、変曲点出力が変曲点出力学習値に比して大幅に増加することは考え難い。そこで、かかる場合においても、ＮＯｘセンサ１に何らかの劣化異常が発生していると判断することができる。このように、変曲点出力と変曲点出力学習値との比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の劣化を判定することで、ＮＯｘセンサセル出力に重畳するセンサ個体差の影響を考慮した劣化判定を行うことができる。また、ＮＯｘセンサ１の活性が発現した時点で劣化判定を行うことができるので、劣化したＮＯｘセンサの出力が各種制御に使用される事態を効果的に回避することができる。

［実施の形態４の具体的処理］
次に、図１１を参照して、本実施の形態４の具体的処理について説明する。図１１は、本実施の形態４において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の劣化判定および学習値の更新を実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。図１１に示すルーチンでは、先ず、ＮＯｘセンサ１への通電がＯＮされたか否かが判定される（ステップ５００）。その結果、ＮＯｘセンサ１への通電がＯＮされていないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ５００において、ＮＯｘセンサ１への通電がＯＮされたと判定された場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサ１の活性判定が行われる(ステップ５０２)。ここでは、具体的には、上記ステップ４０４と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘセンサ１のＮＯｘセンサセル出力に未だ変曲点が現れていない場合には、ＮＯｘセンサ１の活性が未だ発現していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ５０２において、ＮＯｘセンサ１の活性が判定された場合には、次のステップに移行し、変曲点におけるＮＯｘセンサセル出力（変曲点出力）Ｎａが取り込まれる(ステップ５０４)。次に、変曲点におけるＮＯｘセンサセル出力の学習値（変曲点出力学習値）Ｎｂが取り込まれる（ステップ５０６）。ここでは、具体的には、後述するステップ５１４において更新された変曲点出力学習値Ｎｂが取り込まれる。

次に、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの大小が比較される（ステップ５０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ５０４において取り込まれた変曲点出力Ｎａが、上記ステップ５０６において取り込まれた変曲点出力学習値Ｎｂ以下の値か否かが判定される。その結果、変曲点出力Ｎａ≦変曲点出力学習値Ｎｂの成立が認められた場合には、変曲点出力Ｎａが減少傾向にあると判断されて、次のステップに移行し、変曲点出力学習値Ｎｂと変曲点出力Ｎａとの偏差（Ｎｂ−Ｎａ）が、所定値Ｎ１以上であるか否かが判定される。ここで、所定値Ｎ１は、ＮＯｘセンサ１の劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、Ｎｂ−Ｎａ≧Ｎ１の成立が認められた場合には、変曲点出力Ｎａの減少量が所定値Ｎ１以上であると判断されて、次のステップに移行し、ＮＯｘセンサ１の劣化が判定される(ステップ５１２)。ここでは、具体的には、上記ステップ４１０と同様に、ガス濃度検出装置におけるＭＩＬが点灯されて、劣化異常が発見されたことを知らせる処理が行われる。

一方、上記ステップ５１０において、Ｎｂ−Ｎａ≧Ｎ１の成立が認められない場合には、変曲点出力Ｎａの減少量が所定値Ｎ１未満である、すなわちＮＯｘセンサ１は劣化していないと判断されて、次のステップに移行し、学習値の更新が行われる(ステップ５１４)。ここでは、具体的には、上記ステップ５０４において取り込まれた変曲点出力Ｎａが、新たな変曲点出力学習値Ｎｂとして更新される。

また、上記ステップ５０８において、変曲点出力Ｎａ≦変曲点出力学習値Ｎｂの成立が認められない場合には、変曲点出力Ｎａが増加傾向にあると判断されて、次のステップに移行し、変曲点出力学習値Ｎｂと変曲点出力Ｎａとの偏差の絶対値｜Ｎｂ−Ｎａ｜が、所定値Ｎ２以上であるか否かが判定される(ステップ５１６)。ここで、所定値Ｎ２は、ＮＯｘセンサ１の劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、｜Ｎｂ−Ｎａ｜≧Ｎ２の成立が認められた場合には、変曲点出力Ｎａの増加量が所定値Ｎ２以上であると判断されて、上記ステップ５１２に移行し、ＮＯｘセンサ１の劣化が判定される。

一方、上記ステップ５１６において、｜Ｎｂ−Ｎａ｜≧Ｎ２の成立が認められない場合には、変曲点出力Ｎａの増加量が所定値Ｎ２未満である、すなわちＮＯｘセンサ１は劣化していないと判断されて、上記ステップ５１４に移行し、学習値の更新が行われる。

以上説明したとおり、本実施の形態４によれば、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の劣化が判定される。このため、ＮＯｘセンサセル出力に重畳するセンサ個体差の影響を考慮した劣化判定を行うことができるので、判定精度を効果的に高めることができる。また、本実施の形態４によれば、ＮＯｘセンサ１の活性が発現した時点で劣化判定を行うことができるので、劣化したＮＯｘセンサの出力が各種制御に使用される事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態４においては、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の劣化判定を行うこととしているが、これと併せて、上述した実施の形態１乃至３におけるＮＯｘセンサ１の劣化判定を実行することとしてもよい。すなわち、本実施の形態の処理を実行する前、すなわちＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇過程においてＮＯｘセンサセル４の劣化を判定し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降過程において酸素ポンプセル２の劣化を判定し、更には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れるまでの出力積算値Ｑ（ｔ）に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしてもよい。

また、上述した本実施の形態４においては、変曲点に関する情報の学習値として、変曲点出力学習値Ｎｂを利用することとしたが、利用可能な学習値はこれに限られない。すなわち、変曲点におけるＮＯｘセンサセル出力と相関を有する学習値であれば、例えば、変曲点が特定されるまでの時間、変曲点における素子温度相関値（インピーダンス、ヒータ抵抗、ヒータ電力）等を利用することもできる。

尚、上述した実施の形態４においては、ＮＯｘセンサ１が前記第１の発明における「ガスセンサ」に、酸素ポンプセル２が前記第１の発明における「余剰酸素除去手段」に、ＮＯｘセンサセル４が前記第１の発明における「ガス濃度検知セル」に、ＮＯｘセンサセル出力が前記第１の発明における「セル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ５１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、変曲点出力学習値Ｎｂが、前記第７の発明における「学習値」に、変曲点出力Ｎａが前記第７の発明における「第１のセル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ５１４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「記憶手段」が、上記ステップ５０４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「セル出力取得手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、所定値Ｎ１が、前記第８の発明における「所定の基準値」に、所定値Ｎ２が、前記第９の発明における「所定の基準値」に、所定値Ｎ１が、前記第１３の発明における「所定の基準値」に、それぞれ相当している。

実施の形態５．
［実施の形態５の特徴］
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ８に後述する図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態４においては、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の劣化が判定される。このため、ＮＯｘセンサセル出力に重畳するセンサ個体差の影響を考慮した劣化判定を行うことができる。

ここで、ＮＯｘセンサ１の劣化には、回復不可能な恒久的な劣化と、回復可能な一時的な劣化とが存在する。すなわち、ＮＯｘセンサ１は、センサ素子が低温に維持された状態でリーン雰囲気に晒されると、ＮＯｘセンサセル４における第１検出電極４２が酸化してしまう。このため、センサ素子の耐被水割れを考慮して、ヒータ通電の遅延制御を行った場合等においては、電極の酸化が進行することが想定される。この電極の酸化による劣化は、一定以下の酸化であれば、これらの電極における還元反応を促進する回復処理を行うことで回復させることができる。そこで、本実施の形態５においては、ＮＯｘセンサ１の劣化を恒久的な劣化と一時的な劣化とに分類し、一時的劣化の場合に回復処理を行うこととする。これにより、一時的な劣化のＮＯｘセンサ１を正常な状態に回復させて再度使用することができる。

ＮＯｘセンサ１の一時的劣化と恒久的劣化との判断は、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに基づいて行う。図１２は、ＮＯｘ濃度に対するＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。尚、この図中Ｌ１は正常なＮＯｘセンサにおけるＮＯｘセンサセル出力の変化を、Ｌ２は電極の酸化による劣化が進行したＮＯｘセンサにおけるＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を、それぞれ示している。

この図に示すとおり、電極が酸化したＮＯｘセンサは、正常なＮＯｘセンサに比してＮＯｘセンサセル出力が大きくなっている。これは、酸化した電極において還元反応が進行し、ＮＯｘセンサセルに出力が発生するからである。また、このＮＯｘセンサセル出力ＮはＮＯｘセンサ１の電極の酸化量が多いほど増加する。そこで、本実施の形態５においては、変曲点出力学習値Ｎｂと変曲点出力Ｎａとの偏差Ｎｂ−Ｎａが所定値Ｎ３未満である場合に、ＮＯｘ船さ１の酸化による劣化が回復可能な範囲であると判断し、回復処理を実行することとする。

回復処理は、より具体的には、ＮＯｘセンサセル４の第１検出電極４２における還元反応を促進させるために、例えば、酸素ポンプセル２の駆動量を一時的に上昇させて、第１検出電極４２近傍の酸素濃度を低濃度に下げる処理や、ＮＯｘセンサセル４に電圧を印加する処理、或いは、ヒータ６を駆動して素子温度を一時的に上昇させる処理等が考えられる。これにより、第１検出電極４２における還元反応を促進させることができるので、ＮＯｘセンサ１を一時的な劣化から効果的に回復させることができる。

［実施の形態５の具体的処理］
次に、図１３を参照して、本実施の形態５の具体的処理について説明する。図１３は、本実施の形態５において、ＥＣＵ８がＮＯｘセンサ１の劣化判定および回復処理を実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、図５に示すルーチンと並行して所定間隔毎に起動するものである。先ず、図１３に示すルーチンのステップ６００からステップ６１６では、上記ステップ５００からステップ５１６と同様の処理が実行される。

そして、上記ステップ６１６において｜Ｎｂ−Ｎａ｜≧Ｎ２の成立が認められた場合には、変曲点出力Ｎａの増加量が所定値Ｎ２以上である、すなわちＮＯｘセンサ１は劣化していると判断されて、次のステップに移行し、変曲点出力学習値Ｎｂと変曲点出力Ｎａとの偏差の絶対値｜Ｎｂ−Ｎａ｜が、所定値Ｎ３以上であるか否かが判定される(ステップ６１８)。ここで、所定値Ｎ３は、ＮＯｘセンサ１の一時的劣化を判定するための閾値として、予め実験等により特定された値が使用される。その結果、｜Ｎｂ−Ｎａ｜≧Ｎ３の成立が認められた場合には、変曲点出力Ｎａの増加量が所定値Ｎ３以上である、すなわち、完全に回復することが不可能な恒久的な劣化であると判断されて、上記ステップ６１２へ移行し、ＮＯｘセンサ１の劣化が判定される。

一方、上記ステップ６１８において、｜Ｎｂ−Ｎａ｜≧Ｎ３の成立が認められない場合には、変曲点出力Ｎａの増加量が所定値Ｎ３未満である、すなわち、電極の酸化による回復可能な範囲の劣化であると判断されて、次にステップに移行し、ＮＯｘセンサ１の一時的劣化が判定される（ステップ６２０）。次いで、ＮＯｘセンサ１の回復処理が実行される（ステップ６２２）。ここでは、具体的には、上述したＮＯｘセンサセル４の第１検出電極４２における還元反応を促進させるための処理が実行される。

以上説明したとおり、本実施の形態５によれば、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の一時的劣化と恒久的劣化とが区別して判定される。このため、ＮＯｘセンサ１が一時的劣化である場合に、回復処理を行うことにより、ＮＯｘセンサ１の性能を回復させることができる。

ところで、上述した実施の形態５においては、変曲点出力Ｎａと変曲点出力学習値Ｎｂとの比較に基づいて、ＮＯｘセンサ１の劣化判定および回復処理を行うこととしているが、これと併せて、上述した実施の形態１乃至３におけるＮＯｘセンサ１の劣化判定を実行することとしてもよい。すなわち、本実施の形態の処理を実行する前、すなわちＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れる前に、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの上昇過程においてＮＯｘセンサセル４の劣化を判定し、ＮＯｘセンサセル出力Ｎの下降過程において酸素ポンプセル２の劣化を判定し、更には、ＮＯｘセンサセル出力Ｎに変曲点が現れるまでの出力積算値Ｑ（ｔ）に基づいて、酸素ポンプセル２の劣化を判定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態５においては、ＮＯｘセンサ１が前記第１の発明における「ガスセンサ」に、酸素ポンプセル２が前記第１の発明における「余剰酸素除去手段」に、ＮＯｘセンサセル４が前記第１の発明における「ガス濃度検知セル」に、ＮＯｘセンサセル出力が前記第１の発明における「セル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ５１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「劣化判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態５においては、変曲点出力学習値Ｎｂが、前記第７の発明における「学習値」に、変曲点出力Ｎａが前記第７の発明における「第１のセル出力」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ８が、上記ステップ６１４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「記憶手段」が、上記ステップ６０４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「セル出力取得手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態５においては、所定値Ｎ１が、前記第８の発明における「所定の基準値」に、所定値Ｎ２が、前記第９の発明における「所定の基準値」に、所定値Ｎ１が、前記第１３の発明における「所定の基準値」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ８が、上記ステップ６２０の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「一時的劣化判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態５においては、所定値Ｎ３が、前記第１１の発明における「所定の基準値」に相当している。

また、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ８が、上記ステップ６２２の処理を実行することにより、前記第１２の発明における「劣化回復処理実行手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１において用いられるガス濃度検出装置１０の構成を説明するための図である。 ＮＯｘセンサ暖機時の酸素ポンプセル出力の変化とＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。 ＮＯｘセンサセル出力の変曲点を特定する方法を説明するための図である。 ＮＯｘセンサセル４が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。 本実施の形態１において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本実施の形態１において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。 酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。 本実施の形態２において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。 酸素ポンプセル２が劣化した場合のＮＯｘセンサセル出力Ｎの変化を説明するための図である。 本実施の形態３において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本実施の形態４において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。 ＮＯｘ濃度に対するＮＯｘセンサセル出力の変化を示す図である。 本実施の形態５において、ＥＣＵ８が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＮＯｘセンサ
２ 酸素ポンプセル
３ スペーサ
４ ＮＯｘセンサセル
５ スペーサ
６ ヒータ
７ 多孔質保護層
８ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
１０ ガス濃度検出装置
２１，４１ 固体電解質体
２２ 第１ポンプ電極
２３ 第２ポンプ電極
２４ ピンホール
３１ 第１内部空間
３２ 第２内部空間
３３ 連通孔
４２ 第１検出電極
４３ 第２検出電極
５１ 大気ダクト
６１ ヒータ電極
６２，６３ 絶縁層
８１ ポンプセル制御手段
８２ センサセル制御手段
８３ ヒータ制御手段
Ｎ ＮＯｘセンサセル出力
Ｖｕ 出力上昇速度
Ｖｄ 出力下降速度
Ｑ 出力積算値
Ｎａ 変曲点出力
Ｎｂ 変曲点出力学習値

Claims (13)

1. 被測定ガス中の余剰酸素を除去する余剰酸素除去手段と、前記余剰酸素除去手段により余剰酸素が除去された後の被測定ガスから、特定ガス成分のガス濃度を検知するガス濃度検知セルと、を有するガスセンサと、
   前記ガス濃度検知セルのセル出力の変化量を算出する変化量算出手段と、
   前記ガスセンサの暖機中、且つ、前記余剰酸素除去手段の実行中に、前記変化量が基準値を下回る時期（以下、第１の時期）を特定する特定手段と、
   前記第１の時期までの前記セル出力に基づいて、前記ガスセンサの劣化を判定する劣化判定手段と、
   を備えることを特徴とするガス濃度検出装置。
2. 前記劣化判定手段は、
   前記セル出力の上昇過程における、前記セル出力の上昇速度の相関値（以下、上昇速度相関値）を取得する上昇速度相関値取得手段を含み、前記上昇速度相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記ガス濃度検知セルの劣化を判定することを特徴とする請求項１記載のガス濃度検出装置。
3. 前記上昇速度相関値取得手段は、前記セル出力の上昇速度を取得する上昇速度取得手段を含み、
   前記劣化判定手段は、前記上昇速度が所定の基準値よりも小さい場合に、前記ガス濃度検知セルの劣化を判定することを特徴とする請求項２記載のガス濃度検出装置。
4. 前記余剰酸素除去手段は、酸素ポンプセルを含み、前記酸素ポンプセルへの電圧の印加に伴って、被測定ガス中の余剰酸素を排出し、
   前記劣化判定手段は、
   前記セル出力の下降過程における、前記セル出力の下降速度の相関値（以下、下降速度相関値）を取得する下降速度相関値取得手段を含み、前記下降速度相関値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のガス濃度検出装置。
5. 前記下降速度相関値取得手段は、前記セル出力の下降速度を取得する下降速度取得手段を含み、
   前記劣化判定手段は、前記上昇速度が所定の基準値よりも小さい場合に、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする請求項４記載のガス濃度検出装置。
6. 前記下降速度相関値取得手段は、前記ガスセンサの暖機を開始してから前記第１の時期までの前記セル出力の積算値を取得する積算値取得手段を含み、
   前記劣化判定手段は、前記積算値が所定の基準値よりも大きい場合に、前記酸素ポンプセルの劣化を判定することを特徴とする請求項４記載のガス濃度検出装置。
7. 前記第１の時期における前記セル出力（以下、第１のセル出力）を取得するセル出力取得手段と、
   前記第１のセル出力に関する学習値を記憶する記憶手段と、を更に備え、
   前記劣化判定手段は、前記第１のセル出力と前記学習値との比較結果に基づいて、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のガス濃度検出装置。
8. 前記劣化判定手段は、前記セル出力が前記学習値よりも小さく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差が所定の基準値よりも大きい場合に、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする請求項７記載のガス濃度検出装置。
9. 前記劣化判定手段は、前記セル出力が前記学習値よりも大きく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも大きい場合に、前記ガスセンサの劣化を判定することを特徴とする請求項７記載のガス濃度検出装置。
10. 前記劣化判定手段は、前記セル出力と前記学習値との比較結果に基づいて、前記ガスセンサの回復可能な一時的劣化を判定する一時的劣化判定手段を含むことを特徴とする請求項９記載のガス濃度検出装置。
11. 前記一時的劣化判定手段は、前記学習値と前記セル出力との偏差の絶対値が所定の基準値よりも小さい場合に、前記ガスセンサの一時的劣化を判定することを特徴とする請求項１０記載のガス濃度検出装置。
12. 前記ガスセンサの一時的劣化が判定された場合に、前記ガスセンサの劣化回復処理を実行する劣化回復処理実行手段を更に備えることを特徴とする請求項１０または１１記載のガス濃度検出装置。
13. 前記記憶手段は、前記セル出力が前記学習値よりも小さく、且つ、前記学習値と前記セル出力との偏差が所定の基準値よりも小さい場合に、当該セル出力を更新された学習値として記憶することを特徴とする請求項７乃至１２の何れか１項記載のガス濃度検出装置。

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